Как определить состояние усталости водителя в системе идентификации и раннего предупреждения усталости вождения транспортного средства?
Под усталостью от вождения понимается снижение способности водителя реагировать, вызванное недостатком сна или длительным непрерывным вождением. Это снижение проявляется в сонливости водителя, дремоте, неправильном управлении автомобилем или полной потере способности управлять автомобилем.
Усталость от вождения отражается как на физиологических, так и на психологических аспектах, включая функции нервной системы, изменения крови и глаз; Психологическая реакция включает в себя длительное время реакции, отвлечение внимания и нескоординированные действия. Расследование и исследование причин дорожно-транспортных происшествий, проведенное Университетом Индианы в США, показало, что 85% несчастных случаев связаны с водителями, и только 15% связаны с транспортными средствами и факторами окружающей среды.
Поведение и ошибки водителя непосредственно перед аварией непосредственно приводят к аварии. К такому поведению относятся задержка восприятия, неправильное принятие решений относительно окружающей среды, неправильное обращение с опасными ситуациями и так далее. Среди всех ошибок водителя наиболее распространенными являются задержка восприятия и ошибки принятия решений. Эти ошибки приведут к невнимательности, медленному размышлению, неправильной работе и так далее. Основная причина этих ошибок – усталость от вождения. Из-за утомления водителей за рулем снижается уровень бдительности, что приводит к увеличению количества дорожно-транспортных происшествий, что стало горячей точкой, вызывающей всеобщую тревогу в обществе.
Если водитель будет управлять автомобилем уставшим, его способность к наблюдению, распознаванию и управлению транспортным средством будет значительно снижена, что поставит под серьезную угрозу его собственную безопасность и жизнь окружающих. С развитием транспортной отрасли дорожно-транспортные происшествия стали серьезной проблемой, с которой столкнулись все страны.
Основные методы мониторинга усталости водителя
Технология мониторинга и раннего предупреждения усталости и отвлечения внимания водителей высоко ценится в различных странах из-за перспектив их развития в предотвращении дорожно-транспортных происшествий. Исследователи провели различные исследования физиологических и эксплуатационных характеристик усталости водителя. Некоторые результаты исследований сформировали продукцию и начали выходить на рынок.
Способы обнаружения состояния усталости водителя можно условно разделить на способы обнаружения, основанные на физиологическом сигнале водителя, характеристиках физиологической реакции водителя, рабочем поведении водителя и информации о состоянии транспортного средства.
1. Метод обнаружения на основе физиологического сигнала водителя.
Исследования усталости начались в физиологии. Соответствующие исследования показывают, что физиологические показатели водителей в состоянии утомления будут отклоняться от показателей нормального состояния. Поэтому о том, вошел ли водитель в состояние утомления, можно судить по физиологическим показателям водителя. В настоящее время к более зрелым методам обнаружения относятся измерения ЭЭГ и ЭКГ водителей.
Исследователи давно обнаружили, что ЭЭГ может напрямую отражать активность мозга. Установлено, что при входе в состояние утомления активность дельта- и тета-волн на ЭЭГ значительно возрастает, тогда как активность альфа-волн возрастает незначительно. В другом исследовании [6] сигналы ЭЭГ мониторировались на симуляторах и реальных транспортных средствах. Результаты испытаний показывают, что ЭЭГ является эффективным методом мониторинга усталости водителя. Исследователи также обнаружили, что характеристики сигналов ЭЭГ имеют большие личные различия, такие как пол и личность, а также тесно связаны с психологической деятельностью людей.
ЭКГ в основном используется для физиологического измерения нагрузки при вождении. Исследования показывают, что ЭКГ будет заметно и регулярно снижаться, когда водители устают, и существует потенциальная связь между ВСР (изменением частоты сердечных сокращений) и изменением степени утомления во время вождения.
Метод обнаружения, основанный на физиологическом сигнале водителя, имеет высокую точность оценки усталости, но физиологический сигнал необходимо измерять контактным путем, и он сильно зависит от человека. Он имеет множество ограничений при фактическом использовании для мониторинга усталости водителя. Поэтому его в основном используют на экспериментальной стадии в качестве контрольного параметра эксперимента.
2. Метод обнаружения, основанный на характеристиках физиологической реакции водителя.
Способ обнаружения, основанный на характеристиках физиологической реакции водителя, относится к определению состояния усталости водителя путем использования характеристик движения глаз водителя и характеристик движения головы.
Движение глаз водителя и информация о моргании считаются важными характеристиками, отражающими усталость. Амплитуда моргания, частота мигания и среднее время закрытия могут быть напрямую использованы для определения усталости. В настоящее время существует множество алгоритмов исследования утомления от вождения, основанных на механизме движения глаз. Широко используемые алгоритмы включают PERCLOS, который принимает процент времени закрытия век за определенный период времени в качестве показателя измерения физиологической усталости.
Используя технологию распознавания лиц, чтобы определить положение глаз, кончика носа и угла рта, объединить положения глаз, кончика носа и угла рта, а затем, в соответствии с отслеживанием глаз, мы можем получить направление внимания водителя и судить, был ли водитель внимание отвлекается.
Датчик положения головы используется для определения кивания головы водителем. Положение головы водителя от каждого датчика выводится через массив емкостных датчиков, который может отслеживать положение головы в режиме реального времени и определять, сонный ли водитель, по закону изменения положения головы. Это исследование показало, что существует очень хорошая корреляция между кивком и сонливостью.
Метод обнаружения, основанный на характеристиках физиологической реакции водителя, обычно предполагает бесконтактное измерение, которое имеет хорошую точность распознавания и практичность.
3. Метод обнаружения, основанный на поведении водителя.
Технология распознавания состояния усталости водителя, основанная на рабочем поведении водителя, подразумевает определение состояния усталости водителя на основе его рабочего поведения, например, работы рулевого колеса.
Обрабатывая данные о работе рулевого колеса контролируемого водителя, результаты исследования в определенной степени выявляют связь между работой рулевого колеса водителя и утомляемостью. Отмечается, что управление рулевым колесом является эффективным средством оценки утомления водителя.
Вообще говоря, результатов глубоких исследований по выявлению усталости по поведению водителя немного. Помимо состояния утомления, на работу водителя влияют личные привычки, скорость движения, дорожная обстановка и навыки управления. Состояние вождения транспортного средства также связано со многими факторами окружающей среды, такими как характеристики транспортного средства и дороги. Поэтому повышение точности прогнозирования состояния водителя является ключевой проблемой такого рода технологии косвенных измерений.
4. Метод обнаружения по траектории движения автомобиля.
Об утомленном состоянии водителей также можно сделать вывод, используя информацию о вождении транспортного средства, такую как изменение траектории транспортного средства и выезд с полосы движения. Как и технология распознавания состояния усталости, основанная на поведении водителя, этот метод основан на существующих устройствах транспортного средства, не требует добавления слишком большого количества аппаратного оборудования и не будет мешать нормальному вождению водителя, поэтому он имеет высокую практическую ценность. ценить.
Система распознавания усталости вождения на основе видеотехнологий
В апреле 1999 года Федеральное управление автомобильных дорог впервые предложило PERCLOS в качестве реального метода прогнозирования усталости водителей транспортных средств. После многих лет разработки метод PERCLOS был признан наиболее эффективным бортовым методом оценки усталости от вождения в режиме реального времени. PERCLOS — это аббревиатура процента закрытия глаз в зависимости от времени зрачка, что означает процент времени закрытия глаз в единицу времени.
Принцип PERCLOS заключается в подсчете времени закрытия глаз за определенный период времени. Стандарт оценки, принятый в нашей системе, — perclos80, что означает, что глаз считается закрытым, когда площадь века, закрывающего зрачок, превышает 80%.
Принцип измерения PERCLOS
Значение PERCLOS можно рассчитать путем измерения T1-T4:
Где f представляет собой процент времени закрытия глаз, т.е. значение PERCLOS.
Схема системы и рабочий процесс системы распознавания усталости вождения на основе видеотехнологий
Система мониторинга усталости водителя получает изображение водителя в режиме реального времени с помощью оборудования для видеосъемки, автоматически анализирует положение головы водителя, закон движения глаз и черты лица для определения психического состояния водителя и выдает соответствующую подсказку раннего предупреждения. Исследование показывает, что по сравнению с законом движения лица или головы законы активности глаз, такие как частота и скорость моргания, диапазон открытия глаз и направление взгляда, могут лучше отражать психическое состояние испытуемых в текущий момент.
Таким образом, если можно получить размер глаз, информацию о положении и изменениях движения в каждом кадре изображения, можно рассчитать закон активности глаз водителя в течение определенного периода времени, а состояние усталости водителя можно оценить в сочетании с анализом состояния усталости. индекс. Схема работы системы показана на рисунке ниже:
Предварительная обработка изображений
В условиях вождения на изображение, полученное с помощью видеопотока, будет влиять множество факторов, включая информацию о шуме, например разрешение, шум системы, резкий фон и т. д., что будет мешать следующей операции с изображением. Поэтому мы предварительно обрабатываем исходное изображение путем выравнивания гистограммы, чтобы удалить шум, повысить контрастность изображения, выделить детали изображения и улучшить качество изображения.
До и после выравнивания
Гистограмма до выравнивания гистограмма после выравнивания
Распознавание лиц
Обнаружение лица является важным шагом перед определением местоположения глаз. Система использует алгоритм AdaBoost и использует предоставленные образцы методов обучения и обнаружения. Сначала собираются выборки и на основе собранных выборок обучается классификатор. Классификатор может хорошо различать человеческое лицо и нечеловеческое лицо; В ссылке обнаружения загрузите кадр изображения, который необходимо протестировать, в классификатор, отсканируйте пиксели изображения, чтобы найти лицо, содержащееся на изображении, и откалибруйте область. Последующие операции будут проводиться в калиброванной забойной зоне для уменьшения расчетной площади и исключения влияния незабойных факторов, что значительно повышает скорость работы системы.
Расположение глаз
Эта связь включает в себя два этапа: грубое позиционирование человеческого глаза и точное позиционирование человеческого глаза. Во-первых, согласно предшествующим знаниям о китайских традиционных трех дворах и пяти глазах, в грубом расположении должна быть приблизительная площадь человеческих глаз. Эта область может одновременно содержать помехи, такие как брови и углы волос, но это еще больше уменьшает область расчета; Затем грубая область человеческого глаза преобразуется в бинарное изображение через определенный порог, а затем осуществляется проекция серого цвета в вертикальном направлении для получения гистограммы. Поскольку существует большая разница между серым цветом человеческого глаза и окружающей кожей, координаты Y верхнего и нижнего краев человеческого глаза можно определить по пикам и впадинам на гистограмме, а затем можно точно определить глаза. располагается.
Оценка состояния глаз
С помощью метода максимальной межклассовой дисперсии (Оцу) точная область человеческого глаза бинаризируется с разными порогами под разными световыми лучами, чтобы получить наилучшую форму глаза, когда глаза человека открыты и закрыты. Путем сравнения непрерывных n кадров можно сделать вывод, что драйвер в настоящее время находится в закрытом состоянии, когда область значения черного пикселя наименьшая, а в других случаях он находится в открытом или полуоткрытом состоянии.
Анализ усталости
Система выбирает признанный в настоящее время и эффективный индекс оценки усталости Перколса, то есть состояние усталости анализируется по временной доле кадров с закрытыми глазами в последовательных n кадрах. Кадры с открытыми глазами записываются как значение «1», а кадры с закрытыми глазами записываются как значение «0». Таким образом, после последовательных n кадров можно получить шахматную последовательность «1» и «0». Анализ усталостного состояния можно описать долей значения «0» в последовательности. Когда процент превышает определенную экспериментальную долю, можно считать, что водитель устал.
Посредством выполнения и обработки вышеуказанных пяти шагов система может анализировать, находится ли текущий водитель в состоянии усталости и степени усталости на основе видеопотока, полученного оборудованием сбора данных, и выдавать напоминания и сигналы различной степени тяжести, чтобы достичь системная цель.
Комплексная оценка степени усталости
Проверка ошибок отрицательно повлияет на оценку усталости водителя. Благодаря расчету PERCLOS, времени закрытия глаз, частоты моргания, степени открытия рта и движения головы можно точно и эффективно оценить усталость водителя.
ПЕРКЛОС
PERCLOS относится к проценту времени закрытия глаз за определенное время. Метод PERCLOS имеет три критерия: p70, p80 и em. Исследования показывают, что р80 лучше всего коррелирует со степенью утомления.
Открытие рта
Обычно существует три состояния рта: закрывание, разговор и зевота. В состоянии усталости люди будут часто зевать, и будет обнаружено, что на горизонтальной серой проекционной кривой нижней половины области, то есть в положении между губами, имеется впадина. Бинаризуйте нижнюю часть лица и рассчитайте значение пикселя подключенной области (подключенная область может предотвратить влияние ноздрей и усов на расчет) от губ вверх и вниз, чтобы получить степень открытия рта.
Компенсация высоты глаз и высоты рта
Когда вертикальное расстояние от верхнего века до нижнего века и вертикальное расстояние от верхней губы до нижней губы, поскольку голова водителя перемещается относительно оборудования обнаружения, чтобы осуществить точный расчет высоты глаз и рта водителя высоты необходимо исправить изменения, вызванные относительным изменением расстояния между глазами, ртом и оборудованием обнаружения.
Время закрытия глаз
Время закрытия глаз обычно выражается временем от закрытия глаз до открытия. Когда человек находится в нормальном бодрствующем состоянии, время закрытия его глаз очень короткое, и он быстро открывает глаза. В случае усталости время закрытия глаз будет значительно дольше, поэтому время закрытия глаз может напрямую отражать психическое состояние водителя. Рассчитав максимальное количество кадров от закрытия глаз до открытия, чем больше кадров, тем дольше время закрытия и тем серьезнее усталость.
Глаза моргают реже. Горизонтальная серая проекция выполняется на нижней половине лица, и наблюдаются горизонтальные серые проекционные кривые различных изображений одного человека.
Люди моргают чаще, когда они устали, чем когда они бодрствуют. В данной статье он также используется в качестве параметра, лежащего в основе оценки усталости. Моргните один раз, когда глаза закрыты, чтобы открыть их. Количество морганий за определенный период времени накапливается как параметр для оценки усталости.
Утомительные параметры движения головы
Когда водитель устал, он часто кивает и наклоняет голову вперед. Горизонтальные положения зрачка глаза и угла рта получены с помощью горизонтальной интегральной проекции серого цвета. Предположим, D1 — расстояние от горизонтального положения зрачка до верхнего края собранной картинки, а D2 — расстояние от горизонтального положения угла рта до нижнего края собранной картинки. Когда водитель кивает из-за усталости, D1 увеличивается, а D2 уменьшается. Когда водитель устал и голова наклонена вперед, увеличивается D1 и увеличивается D2. Кивание и наклон головы вперед могут служить важным основанием для оценки усталости.
Текущая ситуация с технологией мониторинга усталостного вождения
Монитор усталости водителя, выпущенный компанией Attention Technologies (dd850), представляет собой продукт для мониторинга усталости водителя и раннего предупреждения, основанный на характеристиках физиологической реакции водителя. Продукт собирает информацию о глазах водителя через инфракрасную камеру и использует PERCLOS в качестве индикатора усталости. Его можно установить непосредственно на приборную панель. Чувствительность будильника и звук будильника можно регулировать. В настоящее время он популяризирован и применяется, но эффективен только в ночное время.
Устройство сигнализации усталости Сэма, разработанное цифровыми установками в США, использует магнитную полосу, расположенную под рулевым колесом, для определения угла поворота рулевого колеса. Если водитель в течение определенного периода времени не корректирует положение рулевого колеса, система делает вывод, что водитель впадает в состояние усталости, и включает сигнал тревоги.
Safetrac, американская компания по производству вспомогательных технологий, использует переднюю видеоголовку для определения линии полосы движения и подачи сигнала тревоги, когда автомобиль начинает отклоняться от полосы движения. Продукт также может оценивать состояние усталости водителя, объединяя состояние удержания полосы движения с рабочими характеристиками рулевого колеса водителя.
Устройство astid в Великобритании всесторонне учитывает различные факторы, такие как информация о сне водителя, продолжительность и тип завершенного вождения, а также работу рулевого колеса, чтобы оценить состояние усталости водителя. Прежде чем устройство начнет работать, водителю необходимо ввести информацию о своем сне за последние 24 часа. Когда визуальная сигнализация достигает определенного уровня, срабатывает звуковая сигнализация, и водителю рекомендуется остановиться и отдохнуть. После периода отдыха встроенный будильник разбудит водителя и обнулит время вождения.
В дополнение к этим продуктам существуют также браслеты-сигнализаторы усталости, которые обнаруживают усталость по движению запястья, а также браслеты, которые можно повесить на глаза и ноги.
Если вы хотите разработать собственные продукты, бренды или программное обеспечение для системы мониторинга усталости, пожалуйста, обращайтесь к нам [email protected] Мы вас не подведем.